Kto objavil teóriu častíc?

Teória častíc hmoty nebola tak objavená, ako bola formulovaná, a táto formulácia sa začala v starovekom Grécku.

Osoba, ktorej sa pripisuje zásluha, že pochopila myšlienku, že svet sa skladá z drobných nedeliteľných častíc, je filozof Demokritos, ktorý žil od roku 460 do roku 370 pred n. L. Na preukázanie svojej predstavy vymyslel experiment, a hoci sa experiment Demokrita môže javiť ako príliš zjednodušujúci dnes pomohla zrodiť koncepcia atómu, ktorá je ústredným bodom moderného chápania na čom záleží.

V storočiach, ktoré nasledovali po experimente, teória častíc Democritus neurobila veľký pokrok, ale na prelome devätnásteho storočia sa ho ujal anglický chemik a fyzik John Dalton (1766 - 1844).

Daltonova práca zostala po väčšiu časť storočia prakticky nezmenená, kým sa do nej nezapojila posádka moderných fyzikov, ktorá zahŕňala také mená ako Thompson, Rutherford, Bohr, Planck a Einstein. Vtedy začali lietať iskry a svet vstúpil do jadrového veku.

Znie to, akoby sa slovo „demokracia“ mohlo odvodiť z jeho mena, ale Demokritos nebol politickým filozofom. Slovo v skutočnosti pochádza z gréckych slov

Známy ako „smejúci sa filozof“ z dôvodu veľkého významu, ktorý prikladal veselosti, priniesol Democritus ďalšie dôležité slovo: atóm. Označil malé častice, ktoré tvoria všetko vo vesmíre atomos, čo znamená nedeliteľný alebo nedeliteľný.

Nebol to jeho jediný priekopnícky príspevok do vedy. Democritus bol tiež prvý, kto predpokladal, že svetlo, ktoré vidíme z Mliečnej dráhy, je kombinovaným svetlom množstva jednotlivých hviezd. Navrhoval tiež existenciu iných planét a dokonca postuloval existenciu viacerých vesmírov, čo je myšlienka, ktorá je dnes na špici vedy.

Podľa Aristotela (384 - 322 pred n. L.) Demokritos veril, že ľudská duša je zložená z atómov ohňa a tela z atómov zeme. To bolo v rozpore s Aristotelovým presvedčením, že svet sa skladá zo štyroch prvkov vzduchu, ohňa, zeme a vody a že pomer prvkov určoval vlastnosti hmoty.

Aristoteles dokonca veril, že prvky sa dajú navzájom transformovať, čo bola myšlienka, ktorá podporovala hľadanie kameňa mudrcov počas celého stredoveku.

Aristoteles ani rovnako vplyvný Platón (asi 429 - 347 pred n. L.) Sa neprihlásili k Teória častíc Democritus a trvalo by 2 000 rokov, kým by bol prijatý „vysmiaty filozof“ vážne. To by mohlo mať niečo spoločné s experimentom, ktorý Demokritos vymyslel, aby dokázal svoju teóriu, ktorá bola menej než presvedčivá.

Demokritos usúdil, že ak vezmete kameň alebo iný predmet a budete ho deliť na polovicu, nakoniec prídete ku kúsku, ktorý je taký malý, že sa už nedá rozdeliť. Hovorí sa, že tento experiment vykonal s mušľou, a keď škrupinu zredukoval na jemný prášok, ktorý už nemohol krájať na menšie kúsky, považoval to za dôkaz svojej vety.

Democritus bol materialista, na rozdiel od Platóna a Aristotela, ktorí verili, že ciele udalostí sú dôležitejšie ako ich príčiny. Bol priekopníkom v matematike a geometrii a v tom čase patril k niekoľkým ľuďom, ktorí verili, že Zem je guľová. Aj keď to nedokázal presvedčivo dokázať, jeho predstava o atómoch existujúcich väčšinou v prázdnom priestore, z ktorých každý má niečo málo háčik na suchý zips, ktorý mu umožnil spojiť sa s inými atómami, nie je tak vzdialený od moderného vedeckého modelu USA atóm.

Bola Demokritova teória správna? Odpoveď je kvalifikované áno, ale do roku 1800 sa o nej ani len nepočítalo. Vtedy ho John Dalton znovu navštívil, keď pracoval na zákone o konštantnom zložení, ktorý predložil francúzsky chemik Joseph Proust. Proustov zákon priamo vyplynul zo zákona o zachovaní omše, ktorý objavil ďalší francúzsky chemik Antoine Lavoisier.

Zákon konštantného zloženia uvádza, že vzorka čistej zlúčeniny, bez ohľadu na to, ako sa získa, obsahuje vždy rovnaké prvky v rovnakých hmotnostných pomeroch. Dalton si uvedomil, že to môže byť pravda, iba ak by hmota pozostávala z nedeliteľných častíc, ktoré nazýval atómami (s kývnutím hlavy na Demokrita). Dalton urobil štyri výroky o hmote ktoré spolu tvoria jeho atómovú teóriu:

• Celá hmota sa skladá z nezničiteľných a nedeliteľných častíc nazývaných atómy.
• Atómy konkrétneho prvku sú identické z hľadiska hmotnosti i vlastností.
• Atómy sa môžu kombinovať a vytvárať zlúčeniny.
• Keď dôjde k chemickej reakcii, je to kvôli preskupeniu atómov.

Daltonova atómová teória zostala po väčšinu devätnásteho storočia prakticky nezmenená.

Celé devätnáste storočie zúrila debata o podstate svetla - či už sa šírilo ako vlna alebo častica. Mnoho experimentov potvrdilo vlnovú hypotézu a mnoho ďalších potvrdilo tú korpuskulárnu. V roku 1887 nemecký fyzik Heinrich Hertz objavil fotoelektrický jav, keď robil experimenty s generátorom iskier. Tento objav sa ukázal ako oveľa dôležitejší, ako si Hertz uvedomoval.

V tom čase anglický fyzik J.J. Thompson objavil prvú subatomárnu časticu, elektrón, skúmaním správania katódových lúčov. Jeho objav pomohol vysvetliť, čo predstavoval elektrický výboj z vodivej dosky, keď na ňu svietite svetlom - čo je fotoelektrický efekt - ale nie to, čo spôsobuje výboj, ani dôvod, prečo sila elektrického impulzu súvisí s frekvenciou svetla. Na riešenie bolo treba počkať až do roku 1914.

Nikto iný ako Albert Einstein nevysvetlil fotoelektrický jav v podobe malých balíčkov energie, ktoré sa nazývajú kvantá. Tieto navrhol nemecký fyzik Max Planck v roku 1900. Einsteinovo vysvetlenie dokázalo kvantovú teóriu a bol za ňu ocenený Nobelovou cenou.

Quanta, ako ich Planck vymyslel, boli časticami aj vlnami súčasne. Podľa Plancka bolo svetlo tvorené kvantami nazývanými fotóny, z ktorých každý mal určitú energiu definovanú svojou frekvenciou. V roku 1913 dánsky fyzik Neils Bohr použil Planckovu teóriu na poskytnutie planetárneho modelu atómu, ktorý navrhol novozélandský fyzik Ernest Rutherford v roku 1911, kvantové prekročenie.

V Bohrovom modeli atómu môžu elektróny meniť dráhy emitovaním alebo absorpciou fotónu, ale keďže fotóny sú diskrétne balíčky, elektróny môžu meniť dráhy iba v diskrétnych množstvách. Dvaja experimentátori, James Franck a Gustav Hertz, vymysleli experiment, ktorý potvrdil Bohrov hypotéza bombardovaním atómov ortuti elektrónmi, a dokázali to bez toho, aby o tom vôbec vedeli Bohrova práca.

S dvoma modifikáciami prežil Bohrov model až do súčasnosti, aj keď ho väčšina moderných fyzikov považuje za približný údaj. Prvou úpravou bol objav protónu Rutherfordom v roku 1920 a druhou objav neutrónov britský fyzik James Chadwick v roku 1932.

Moderný atóm je potvrdením teórie častíc Democritus, ale je to tiež niečo ako zavrhnutie. Ukázalo sa, že atómy nie sú nedeliteľné, a to platí aj pre elementárne častice, ktoré ich tvoria. Môžete rozdeliť elektróny, protóny a neutróny na menšie častice, ktoré sa nazývajú kvarky, a dokonca je možné rozdeliť ich. Cesta do králičej nory ani zďaleka nekončí.